Chemici vynalezli ekologičtější výrobu klíčového grafenu

Forma uhlíku, která má výšku jednoho atomu a uspořádání podobající se včelím plástvím, to je grafen. Tým pod vedením Pavla Pazdery z Ústavu chemie Přírodovědecké fakulty MU se k práci s grafenoidy dostal přes nabídku na spolupráci s firmou Senergos, která měla zájem využívat je v klimatizačních jednotkách. „Z počátku jsem tomu nebyl nakloněný, ale pak jsem si tuto oblast nastudoval a zjistil, že výroba takových látek je nákladná, riziková a hodně nešetrná k životnímu prostředí, což mě přimělo se tím začít zabývat,“ uvedl Pazdera, který se věnuje syntéze látek za udržitelných podmínek.

Grafen se průmyslově připravuje buď procesem napařování uhlíku na měděné destičky, nebo se naopak výchozí surovina složená z několika vrstev musí postupně ztenčit až na tloušťku jediného atomu, takzvanou monovrstvu. Při výrobě jednak vznikají silně výbušné směsi a také jedovaté odpady, jejichž likvidace ji výrazně prodražuje, a snižuje tak průmyslovou využitelnost.

Pazderovu týmu se ale během tří let podařilo vymyslet a optimalizovat hned dva nové postupy výroby nejtenčí vrstvy uhlíku, jejichž jediným odpadem je voda a případně chlorid sodný. „Jeden z postupů máme patentovaný, není zcela ekologický, protože v něm využíváme kyselinu octovou. Druhý vylepšený postup vedeme pod Masarykovou univerzitou v režimu utajovaného know-how. Tento způsob výroby grafenu znají jen tři lidé,“ přiblížil Pazdera.

Pro utajený režim se rozhodli s kolegy proto, aby se vyhnuli zveřejnění principů výroby v rámci patentového řízení a tedy možnosti zneužití nápadu. „Náš postup je velmi jednoduchý, pracujeme s běžnými oxidačními činidly a katalyzátory, takže popis principu v patentové přihlášce by mohl prozradit naši metodu.“

Manažer Centra pro transfer technologií MU Radoslav Trautmann, který s týmem Pavla Pazdery na komercionalizaci jejich práce spolupracuje, říká, že pokud projeví firma o utajené know-how zájem, pojistí se jednání s firmou sepsáním dohod o mlčenlivosti. „Pokud se domluvíme na podmínkách licence, může si firma naše utajované know-how licencovat. A má to i další výhodu – patent platí pouze dvacet let, ale pokud dobře utajíte know-how, můžete z něj profitovat navěky.“

i

Slibný výsledek výzkumu ale v tomto případě zatím nepřinesl výsledky v podobě přenosu do výrobní praxe. Podle Pazdery by totiž bylo potřeba ještě sestrojit a odzkoušet výrobu většího množství a zejména otestovat vhodné aplikace produkovaných grafenoidů.

„Zjistili jsme, že by mohly zvýšit pevnost betonu při snížení jeho hmotnosti nebo vylepšit kapacitu akumulátorových baterií. Dokážou také lépe filtrovat například léčiva z odpadních vod. To vše ale vyžaduje ještě další ověření a tedy investice ve výši několika milionů korun. Bohužel neexistuje forma podpory, která by tyto sumy na prověření výstupů základního výzkumu poskytovala, a ani firmy nejsou příliš ochotné v této fázi do vývoje investovat,“ uvedl Pazdera.

Zelená chemie

Tuto otázku vědci aktuálně řeší i s dalším svým vynálezem. Jde o průtokový reaktor s mikrovlnným ultrasonickým zdrojem a katalytickým ložem. Základem je v podstatě upravená mikrovlnná trouba, která dokáže urychlit chemické reakce z řádu dnů na hodiny. Využití hledá tým ve spolupráci s Centrem pro transfer technologií MU také pro patentované způsoby přípravy piperazinů, což jsou stavební bloky molekul využitelné například pro přípravu farmaceutických produktů, a dále pro dikyan. To je látka využívaná například jako fumigant, tedy plynný pesticid.

„Nápady na hledání nových řešení při syntéze různých látek nacházíme v odborné literatuře i ve spolupráci s průmyslem. Naším cílem je takzvaná zelená chemie, hledáme tedy takové způsoby přípravy různých látek, které jsou energeticky méně náročné, šetří suroviny a především peníze mimo jiné i tím, že naše výrobní postupy produkují méně nebezpečné odpady a v menším množství,“ dodal Pazdera.